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智能消防系統硬件開發設計


智能消防系統是隨著社會經濟的快速發展,我國現代城市建筑樓層的增高,建筑密度的加大,使得火災發生的機率也越來越頻繁,壓重影響了人們的人身安全和財產安全,據調查資料顯示,大部分的火災事故在早期的時候沒有被及時地發現,錯過了滅火的最佳時機,從而引發一系列的悲劇。為了使人們的生命財產安全得到保障,推動社會的和諧發展,必須要設計出具有實時性好和可靠性高的火災自動報警系統和消防系統。

一、智能消防系統設計原理

由于傳統的火災探測報警系統缺乏靈活的組網接口、其監視的容量比較少、相應的速度比較慢、人機界面比較簡單以及可靠性差等缺陷,特別在一些大型的工程建設中,經常會出現誤報和漏報的現象,其故障發生的機率比較高,系統不能承受較大的工作壓力,經常處于癱瘓的狀態,已經滿足不了當前社會發展的需求及其實際應用的要求。

近幾年來,隨著信息技術的進步,無線傳感器網絡技術的逐漸發展以及成熟,無線火災報警系統的優勢日益明顯,其應用的范圍也越來越廣。本文介紹的這種新型智能消防系統硬件正是在此基礎上,所開發研究出來的一種無線智能消防監測報警系統,具有組網方式靈活、功耗低、時延短、成本低以及系統構成簡單等特點,把智能消防系統算法與無線傳感器網絡相結合在一起,使其具有預報警的能力,有效地提升了火災報警的可靠性。

二、無線消防系統的開發需求及其系統結構

新型智能消防系統硬件需求主要有以下四點:第一,傳感器節點應該具備大樓基本參數的采集功能,其參數主要包括:加速度、光強、溫度、濕度、大氣壓、火場圖以及煙霧等,通過對其的控制能夠對參數上傳的優先級進行修改;第二,通過測定傳感器節點的參數,對火場的著火點、消防人員以及被困人員進行定位;第三,當發生火災時,傳感器一旦發現火災就能及時地通過大樓廣播和警報等一些報警設備通知大樓內的所有住戶,或者通過GSM通知一些不在場的用戶;第四,該系統應該具備無線實時視頻傳輸的功能,即使火災發生,系統仍舊可以正常地工作。

現代樓宇一般具有內部結構復雜、樓層高以及人流量大等特點,因此本系統中在ZigBee協議的基礎上,將傳感器網絡作為數據采集的模塊,在2.4GHz頻段下,其節點工作的無線能力比較好,室外的單跳能夠傳輸100m,可以穿透2堵墻。同時,通過和各種火場處理系統的控制與通信,系統把火場處理單位看成是火場處理模塊,經過火場處理模塊與數據采集模塊最終構成該系統的物理層,即系統主要硬件的組成。

該無線智能消防監控系統主要是由無線攝像監控節點、無線wifi攝像頭實時監控系統、無線消防監測節點、桌面溫濕度顯示終端、有源RFID定位節點、后臺系統以及Base節點所組成。系統的核心部件就是無線消防監測系統,其主要是用于收集、獲取和管理消防數據數據和信息,對火災報警進行實時監督,并作出相應的報警判斷;而有源RFID定位節點系統主要是用于當發生火災時,定位消防人員或者標記物品;無線攝像監控節點系統主要是負責當火警觸發時,將現場圖像實時傳回,同時在切斷供電電源以后仍舊能夠工作lOh以上。桌面溫濕度顯示終端是該系統的輔助系統,其主要是負責實時監控顯示在室內桌面環境的溫濕度;無線wifi攝像頭實時監控系統則是對公共環境進行實時監控和記錄;后臺系統主要是用于各類數據的處理和管理,維護系統的正常運轉,使智能算法運行,遠程來進行Web訪問,在各種不同的緊急情況下,通過消防預案的啟動和GSM的連接,通知相關的人員和消防指揮中心。

通過上述的分析,針對功能的不同,其系統可以分為Wifi攝像頭模塊、消防傳感器節點模塊、基站功能模塊、桌面溫濕度傳感器節點模塊、有源RF1D節點,不同節點的功能主要是經過編寫各模塊通信協議來實現,通過這5個模塊之間的配合工作,將樓宇中大部參數采集到位。在無線消防網絡中,每一個模塊都是其核心內容,其底層路由協議為ZigBee協議,火災報警控制器在收到火災自動報警設備的火警以后,在lOs內將其信息傳送到監控管理中心,通過智能算法對其火警情況作出判斷,接著通過值班人員的驗證,做出相應的決策。

三、智能消防系統實驗測試

通過實際的研發和調試,該系統已在實驗室構建了無線消防系統數據采集模塊的基本框架,其中消防傳感節點基本上涵蓋了兩個實驗室和樓道的各個區域,而消防攝像節點則分布在實驗室門口處以及能夠觀測到整個實驗室全貌的位置。

通過人工實驗測試,將兩個實驗室門口的消防攝像節點與煙霧報警節點進行組合,當煙感監測到門口周圍有煙霧情況的時候,其攝像節點就會立刻打開,并明確周圍是否發生火災,及時地掌握現場的異常情況,Base節點把數據最終進行匯總,通過上位機通信端口,將其置于實驗室的主控室內中的服務器上,從而準確地收集來自于整個系統中的各個數據。

四、智能消防系統技術優勢

本系統的特色和技術優勢主要有以下幾點:第一,相對于傳統消防監測報警系統,該系統無布線困難,且容易放置,同時在發生火災的時候不會由于電力中斷而使監測失效,在斷電以后其仍舊可以工作數小時,能及時將火警現場圖像傳回,其功耗低。第二,有源RF1D的實時定位能夠更好地指導消防救援工作,監測多源信息,能夠同時監控光照、三維的加速度、溫度、大氣壓、濕度、煙霧濃度等各種信息,從而綜合判斷該消防情況。第三,傳播能力較強,反映速度比較快,具有強大的后臺處理能力和數據庫管理功能,能夠有效地分析和記錄各種消防報警數據信息,為火災報警系統規范和科學地管理提供相應的依據,具有遠程web界面的訪問控制功能、診斷系統健康功能、規劃逃生路線功能以及預警預報的功能等。在險情發生的時候,能夠自動、主動地報警,經過GSM模塊直接地連接到消防部門。此外,功能升級較為方便,對新算法以及其新功能的開發,只需要對其節點刷寫固件即可。

總結

綜上所述,本文就無線消防系統硬件的開發進行具體地闡述,根據系統的需求,在無線傳感器技術的基礎上,對無線消防系統硬件各個部分進行具體地劃分,并提出了相關的實驗平臺,對其優越性進行了總結。該系統能有效地改變傳統消防系統的效率低,容易失效和布置困難等不足,使火警受理的速度與準確性得到提高,能夠實時監控消防信息,通過遠程對火警情況隨時進行監控,便于做出正確、合理的決策,有效地開展指導救援工作,最大程度地保障人們的生命財產安全。

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